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頻譜分析是機械故障中應用最廣泛的信號處理方法之一。因為隨著故障的發生、發展，往往會導致信號頻率結構的變化。例如，當在旋轉機械中發生不平衡故障時，振動信號中有旋轉頻率分量。頻譜分析的目的是通過分解傅立葉變換的幾個單次諧波分量來研究復雜時域波形，得到信號的頻率結構和各諧波的幅值和相位信息。嚙合頻率的頻譜分析主要用于診斷齒輪的故障分布，對齒輪機械的早期損失不敏感，應用范圍窄。大部分頻譜分析被調制，顯示出顯著的邊帶。根據邊帶的形狀和譜線的間距，可以得到許多故障信息。因此，頻譜分析是一種常用的機械故障診斷方法。